碳納米管-熱塑性聚氨酯復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、熱塑性聚氨酯(TPU)是彈性聚合物的典型代表，它可以應(yīng)用到涂覆、黏合劑、聚合物成型、醫(yī)療領(lǐng)域等等很多的方面。應(yīng)用納米粒子對(duì)熱塑性聚氨酯進(jìn)行填充改性可以得到性能優(yōu)異的熱塑性聚氨酯復(fù)合材料。其中碳納米管(CNTs)自發(fā)現(xiàn)以來，一直受到科研工作者的關(guān)注，其優(yōu)異的力學(xué)性能、導(dǎo)電特性和導(dǎo)熱性能等，被廣泛應(yīng)用到聚合物填充改性中以提高聚合物的性能。因此，碳納米管成為熱塑性聚氨酯改性的首選納米材料。本文選用TPU作為聚合物基體，以多壁碳納米管(MWNT

2、)為填充組分，制備了MWNT/TPU復(fù)合材料，并對(duì)該復(fù)合材料的各種性能進(jìn)行分析，主要開展了以下幾個(gè)方面的研究工作：
　　 1、采用混酸對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行氧化處理，使碳納米管表面接枝有羧基，并用FTIR和TEM等方法對(duì)碳納米管的酸化效果和形態(tài)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，強(qiáng)酸氧化法處理效果較好，且有利于后期與聚合物的復(fù)合。有效地提高多壁碳納米管在聚合物基體中的分散性及其與基體之間的界面作用力。
　　 2、研制了MWNT-COOH/

3、TPU復(fù)合材料。采用溶液共混的方法將酸化的碳納米管分散在TPU溶液中，流延成膜。SEM掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，碳納米管能均勻分散在TPU基體中。FT-IR分析了酸化的碳納米管增加了體系中氫鍵化程度，減少了TPU與碳納米管之間的相分離。TGA、DMA、靜態(tài)力學(xué)表明復(fù)合材料的與純TPU相比，力學(xué)性能和熱性能都得到了提高了。動(dòng)態(tài)溶液流變分析得出復(fù)數(shù)粘度η*、儲(chǔ)能模量G'、損耗模量G"隨著碳納米管的含量變化出現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)；少量MWNT的添加導(dǎo)致粘

4、流活化能Eη升高，這些現(xiàn)象與溶液體系中TPU大分子、碳納米管、溶劑三者之間的作用力密切相關(guān)，動(dòng)態(tài)應(yīng)變改變了溶液中瞬間形成的擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　 3、在MWNT-COOH的基礎(chǔ)上接枝2，4-甲苯二異氰酸酯(TDI)，采用溶液共混法制備MWNT-TDI/TPU復(fù)合材料。由SEM觀察得到，MWNT-TDI能更好的分散在TPU基體中。TGA、DMA、靜態(tài)力學(xué)等方法分析了復(fù)合材料的熱性能和力學(xué)性能。結(jié)果表明：(1)復(fù)合材料的力學(xué)性能得到顯著

5、提高，當(dāng)MWNT-TDI的加入量為2％時(shí)，其拉伸強(qiáng)度提高了3倍；(2)熱性能變化顯著，復(fù)合材料的熱性能變化顯著，MWNT-TDI的側(cè)鏈TDI與TPU的硬段相似，所以對(duì)TPU硬段的影響較大，這與DMA測(cè)得的數(shù)據(jù)一致。在ARES-RFS型旋轉(zhuǎn)流變儀上對(duì)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)流變行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，隨著碳納米管含量的增加，其粘度增加的非常顯著。低頻區(qū)復(fù)數(shù)粘度基本不隨頻率的變化而變，在較高的頻率下，復(fù)合材料溶液呈現(xiàn)切力變稀現(xiàn)象。復(fù)合材料溶液的粘度